CN113930154B - 一种自愈合防污闪涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自愈合防污闪涂料及其制备方法和应用，所述自愈合防污闪涂料包括含二胺的聚二甲基硅烷、二腈单体和润滑剂的组合；通过添加含二胺的聚二甲基硅烷作为基底分子，搭配添加二腈单体，使得二者发生反应获得含有氢键位点的高分子，所述高分子的分子链间和链内均能够形成氢键，使得所述自愈合防污闪涂料形成的涂层被破坏之后，被破坏位置的涂层分子链能够移动并重新形成新的氢键，进而修复损伤；同时添加润滑剂，使得所述涂层可以防止污染物及水滴的附着，最终得到了涂层稳定性高且具有自愈合性能的防污闪涂料。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种自愈合防污闪涂料及其制备方法和应用。
背景技术
绝缘子是电力系统中不可或缺的组成部分之一，其表面在潮湿恶劣环境下例如：雾、雨、海雾、雾霾或雪，容易与污秽物形成一层连续导电膜，继而发生强烈放电现象，导致电气设备的损坏，严重影响着电力系统的安全稳定运行，造成巨大的经济损失。
采用表面处理的方式能够改变绝缘子表面的润湿状态，有效避免连续水膜的形成，从而避免形成泄露电流通道；目前，电网系统的防污闪主要采用室温硫化防污闪硅橡胶涂层。CN101338159公开了一种电力系统高压输变电设备外绝缘层上使用的纳米加强型氟硅橡胶长效防污闪涂料，该涂料由以下组份构成(重量份)：端羟基含氟聚硅氧烷(FRTV)20～40％、小分子硅氧烷2～5％、交联剂1～6％、催化剂0.02～1％、纳米二氧化硅2～6％、十溴二苯乙烷4～6％、颜料1～2％、溶剂30～50％。该发明提供的涂料具有优异的阻燃性、耐溶剂性、耐油性、耐高低温性能以及良好的自洁性，涂层表面比RTV防污闪涂料更光滑；该发明的涂料在憎水迁移速度、均衡性、持续性等方面，均较RTV防污闪涂料有较大提高。可以一次成膜，持久使用，使用寿命可达20年以上。CN102702965A公开了一种应用于绝缘子的防污闪涂料：硅橡胶加质量分数为15～30％导电填料碳化硅，所述的硅橡胶分子量大于或等于5000、小于或等于20000；使用方法：涂覆于绝缘子的绝缘件下表面，涂层厚度在0.3～0.4mm以内；该发明实现了防污闪涂料在保持憎水性的同时能够均匀绝缘子的电场分布，使绝缘子在湿污条件下加快绝缘子表面烘干过程、同时均匀了绝缘子在受潮时的电场分布，提高绝缘子串污闪电压；另外，该发明还具有加工工艺简单、在单个绝缘子上的用量少、成本低的特点。CN103788871A公开了一种温室硫化硅橡胶防污闪涂料，其特征在于原料各组分按重量分数为二羟基聚二甲基硅氧烷12～20份、二羟基聚甲基乙烯基硅氧烷3～10份、二氧化硅0.5～10份、二氧化钛0.5～10份、氢氧化镁0.5～12份、活性碳酸钙0.5～2份、硫酸钡0.5～4份、稀释剂50～65份和交联剂1～10份；该发明形成的涂层可使电力设备绝缘体表面就难以形成由灰尘和雨水构成的、连续性导电性水膜，同时减少或降低了可供放电的闪络通道。这样就可以降低或避免电力设备运行时的污闪事故，减少或降低了由污闪事故造成的直接和间接经济损失。该发明可使涂层经水浸泡96h后无须通过恢复时间，憎水仍保持HC1级，介电强度达到25KV/mm。
但是，由于防污闪涂层的使用一般都在户外，风沙与刮蹭可能会引起涂层的机械磨损，导致涂层失效，引起电气设备故障；且涂层使用过程中，由于环境复杂，可能导致防污闪性能不稳定，单纯的提高涂层的静态水接触角是不够的。
因此，开发一种具有自愈合能力，可以延长涂层使用寿命且稳定性高的自愈合防污闪涂料，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自愈合防污闪涂料及其制备方法和应用，所述自愈合防污闪涂料包括含二胺的聚二甲基硅烷、二腈单体和润滑剂的组合；通过上述材料的组合，使得到的自愈合防污闪涂料具有自愈合功能，有效延长了形成涂层后的使用寿命，同时还提高了所述涂层的稳定性，有效降低了事故发生率，具有重要的研究意义。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种自愈合防污闪涂料，所述自愈合防污闪涂料包括含二胺的聚二甲基硅烷、二腈单体和润滑剂的组合。
本发明提供的自愈合防污闪涂料包括含二胺的聚二甲基硅烷、二腈单体和润滑剂的组合；首先，通过添加含二胺的聚二甲基硅烷(H2N-PDMS-NH2)作为基底分子，搭配添加二腈单体(IDI)，使二者发生反应，示例性地，反应结构式如式I所示：
从式I中可以看出，含二胺的聚二甲基硅烷(H2N-PDMS-NH2)与二腈单体(IDI)发生反应获得了含有氢键位点的高分子，所述高分子的分子链间和链内均含有氢键；因此，在涂料形成的涂层被破坏之后，被破坏位置的涂层分子链能够移动并重新形成新的氢键，进而修复损伤，搭配聚二甲基硅烷链的高柔度，能够保障分子链的高移动性，从而使得到的自愈合防污闪涂料具有出色的自修复性，有效地延长了形成涂层后的使用寿命。
其次，本发明提供的自愈合防污闪涂料中还包含润滑剂，润滑剂分子具有高移动性，会迁移至涂层表面形成润滑层，进而可以防止污染物及水滴的附着，从而提高涂层的防污闪性能，使得所述自愈合防污闪涂料具有自愈合功能的同时还具有较高的涂层稳定性，进一步降低了事故发生率。
优选地，所述含二胺的聚二甲基硅烷和二腈单体的摩尔比为1:(0.95～1.05)，例如1:0.96、1:0.97、1:0.98、1:0.99、1:1、1:1.01、1:1.02、1:1.03或1:1.04等。
所述含二胺的聚二甲基硅烷和润滑剂的质量比为1:(0.2～5)，例如1:0.6、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4或1:4.5等。
优选地，所述含二胺的聚二甲基硅烷的分子量为2000～30000，例如5000、7000、9000、12000、15000、17000、21000、25000或29000，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述二腈单体选自如下化合物中的任意一种或至少两种的组合：
优选地，所述润滑剂包括疏水性润滑剂。
优选地，所述润滑剂包括聚二甲基硅烷和/或聚(二甲基硅氧烷-co-甲基苯硅氧烷)。
优选地，所述润滑剂的粘度为5～100000cst，例如10cst、100cst、1000cst、10000cst、30000cst、50000cst、70000cst或90000cst，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述自愈合防污闪涂料的制备方法，所述制备方法包括：将含二胺的聚二甲基硅烷、二腈单体和润滑剂溶于溶剂，反应，得到所述自愈合防污闪涂料。
优选地，所述溶剂包括四氢呋喃。
优选地，所述反应的时间为48～72h，例如50h、52h、54h、56h、58h、60h、63h、66h、69h或70h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述反应的温度为室温。
第三方面，本发明提供一种自愈合防污闪涂层，所述自愈合防污闪涂层的制备原料包括如第一方面所述的自愈合防污闪涂料。
第四方面，本发明提供一种如第三方面所述自愈合防污闪涂层的制备方法，所述制备方法包括：将自愈合防污闪涂料喷涂在基底表面，干燥，得到所述自愈合防污闪涂层。
优选地，所述基底包括绝缘子。
优选地，所述干燥包括室温干燥。
优选地，所述干燥的时间为70～80h，例如71h、72h、73h、74h、75h、76h、77h、78h或79h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的自愈合防污闪涂料包括含二胺的聚二甲基硅烷、二腈单体和润滑剂的组合；通过添加含二胺的聚二甲基硅烷搭配二腈单体，使得所制备得到的自愈合防污闪涂料中的分子链具有高移动性，可以进行自修复，有助于延长形成涂层后涂层的使用寿命；还添加润滑剂，所述润滑剂可以在涂层表面形成润滑层，进而可以使得涂层防止污染物及水滴的附着，提高涂层的防污闪性能，使得所述自愈合防污闪涂料兼具优异涂层使用寿命和涂层稳定性，可进一步降低事故发生率，具有重要研究意义。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种自愈合防污闪涂料，包括含二胺的聚二甲基硅烷(CAS号:106214-84-0，分子量3000)、1,3,3-三甲基-5-异氰酸基-1-异氰酸甲基环己烷和聚二甲基硅烷(CAS号:63148-62-9，100cSt/25℃)的组合；其中，含二胺的聚二甲基硅烷和1,3,3-三甲基-5-异氰酸基-1-异氰酸甲基环己烷的摩尔比为1:1，含二胺的聚二甲基硅烷和聚二甲基硅烷的质量比为1:1；
本实施例提供的自愈合防污闪涂料的制备方法包括：将聚二甲基硅烷、1,3,3-三甲基-5-异氰酸基-1-异氰酸甲基环己烷和聚二甲基硅烷溶于四氢呋喃中，反应50h，得到所述四氢呋喃。
实施例2
一种自愈合防污闪涂料，包括含二胺的聚二甲基硅烷(CAS号:106214-84-0，分子量3000)、4,4′-亚甲基双(异氰酸苯酯)和聚(二甲基硅氧烷-co-甲基苯硅氧烷)(CAS号:63148-58-3，～100mPa.s/25℃)；其中，含二胺的聚二甲基硅烷和4,4′-亚甲基双(异氰酸苯酯)的摩尔比为1:0.98，含二胺的聚二甲基硅烷和聚(二甲基硅氧烷-co-甲基苯硅氧烷)的质量比为1:2.5；
本实施例提供的自愈合防污闪涂料的制备方法包括：将聚二甲基硅烷、4,4′-亚甲基双(异氰酸苯酯)和聚(二甲基硅氧烷-co-甲基苯硅氧烷)溶于四氢呋喃中，反应48h，得到所述四氢呋喃。
实施例3
一种自愈合防污闪涂料，包括含二胺的聚二甲基硅烷(CAS号:106214-84-0，分子量5000)、4,4′-HMDI,1,1'-亚甲二(4-异氰酸基环己烷)和聚(二甲基硅氧烷-co-甲基苯硅氧烷)(CAS号:63148-58-3，～100mPa.s/25℃)；其中，含二胺的聚二甲基硅烷和4,4′-HMDI,1,1'-亚甲二(4-异氰酸基环己烷)的摩尔比为1:1.05，含二胺的聚二甲基硅烷和聚(二甲基硅氧烷-co-甲基苯硅氧烷)的摩尔比为1:5；
本实施例提供的自愈合防污闪涂料的制备方法包括：将聚二甲基硅烷、4,4′-HMDI,1,1'-亚甲二(4-异氰酸基环己烷)和聚(二甲基硅氧烷-co-甲基苯硅氧烷)溶于四氢呋喃中，反应72h，得到所述四氢呋喃。
实施例4
一种自愈合防污闪涂料，其与实施例1的区别在于，含二胺的聚二甲基硅烷和聚二甲基硅烷的质量比为1:2，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种防污闪涂料，采用SYLGARD 184硅树脂弹性体试剂盒，具体包括基础组分、固化剂、聚二甲基硅烷(CAS号:63148-62-9，100cSt/25℃)以质量比10:1:10混合，得到所述防污闪涂料。
对比例2
一种自愈合防污闪涂料，其与实施例1的区别在于，没有添加聚二甲基硅烷，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
应用例1
一种自愈合防污闪涂层，其制备方法包括：将自愈合防污闪涂料(实施例1)喷涂在绝缘子表面，室温下干燥72h，得到所述自愈合防污闪涂层。
应用例2～4
一种自愈合防污闪涂层，其制备方法包括：分别将实施例2～4得到的自愈合防污闪涂料喷涂在绝缘子表面，室温下干燥72h，得到所述自愈合防污闪涂层。
对比应用例1
一种防污闪涂层，其制备方法包括：将对比例1得到的防污闪涂料涂覆在器件表面，然后在85℃下固化4小时，得到所述防污闪涂层。
对比应用例2
一种自愈合防污闪涂层，其制备方法包括：将对比例2得到的自愈合防污闪涂料喷涂在绝缘子表面，室温下干燥72h，得到所述自愈合防污闪涂层。
性能测试：
(1)自修复性：采用手术刀切开材料后，用些微压力将切口对齐，记录在室温下愈合所需时间，以单轴拉伸来衡量，拉伸测试采用标准DIN 53604进行测试；以1～5分对应用例进行评级，以恢复80％拉伸强度为标准，其中，5代表恢复时间低于24h，4代表恢复时间高于24h且低于48h，3代表恢复时间高于48h且低于72h，2代表恢复时间高于72h且低于96h)，1代表恢复时间高于96h。
(2)水静态接触角及滚动角：采用DSA100(德国KRUSS)液滴形状分析仪进行测试，将10μL水滴置于样品表面，记录静态接触角，转动样品台，记录滚动角。
按照上述测试方法对应用例1～4和对比应用例1～2得到的自愈合防污闪涂层进行测试，测试结果如表1所示：
表1
| 自修复性 | 水静态接触角(°) | 滚动角(°) | |
| 应用例1 | 5 | 112±4 | 3±1 |
| 应用例2 | 3 | 109±5 | 3±2 |
| 应用例3 | 4 | 106±3 | 4±2 |
| 应用例4 | 4 | 112±5 | 2±1 |
| 对比应用例1 | 1 | 110±5 | 4±2 |
| 对比应用例2 | 5 | 108±4 | 23±6 |
根据表1数据可以看出：
采用实施例1～4得到的自愈合防污闪涂料得到的涂层都显示出疏水性(水静态接触角大于90°)，这是由于涂层主要由低表面自由能的聚二甲基硅烷组成；其中，应用例1～4得到的自愈合防污闪涂层具有优异的自愈合性能，自愈合性能在3～5级，水静态接触角为106±3～112±5°，滚动角为2±1～4±2°。
比较应用例1和对比应用例2可以发现，应用例1和对比应用例2显示出出色的自修复性，能够在24h内愈合机械损伤，这是由于反应物中采用1,3,3-三甲基-5-异氰酸基-1-异氰酸甲基环己烷这一不对称分子结构，能提高分子链移动性，从而保障快速自愈合能力；但是对比应用例2的滚动角高达23±6°，说明其清除表面污染物能力很差。
比较应用例1和对比应用例1可以发现，对比应用例1得到的涂层的自修复性为1级，不具备自修复能力。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种自愈合防污闪涂料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (12)
1.一种自愈合防污闪涂料，其特征在于，所述自愈合防污闪涂料由含二胺的聚二甲基硅烷、二腈单体和润滑剂组成；
所述含二胺的聚二甲基硅烷和二腈单体的摩尔比为1:(0.95~1.05)；
所述含二胺的聚二甲基硅烷和润滑剂的质量为1:(0.2~5)；
所述润滑剂包括聚二甲基硅烷和/或聚(二甲基硅氧烷-co-甲基苯硅氧烷)；
所述二腈单体选自如下化合物中的任意一种或至少两种的组合：
2.根据权利要求1所述的自愈合防污闪涂料，其特征在于，所述含二胺的聚二甲基硅烷的分子量为2000~30000。
3.根据权利要求1所述的自愈合防污闪涂料，其特征在于，所述润滑剂的粘度为5~100000 cst。
4.一种如权利要求1~3任一项所述自愈合防污闪涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将含二胺的聚二甲基硅烷、二腈单体和润滑剂溶于溶剂，反应，得到所述自愈合防污闪涂料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括四氢呋喃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为48~72 h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为室温。
8.一种自愈合防污闪涂层，其特征在于，所述自愈合防污闪涂层的制备原料为如权利要求1~3任一项所述的自愈合防污闪涂料。
9.一种如权利要求8所述自愈合防污闪涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将自愈合防污闪涂料喷涂在基底表面，干燥，得到所述自愈合防污闪涂层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述基底包括绝缘子。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述干燥包括室温干燥。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的时间为70~80 h。
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